Рис. 5.26. График результатов измерения дальности лазерным локатором при проводке ИСЗ GE0S-I1. Среднее отклонение от значений дальности, измеренны.х радиолокационной станцией, равно 7 м. Среднее квадратичное отклонение равно 0,8 м

вом эксперименте лазерный локатор работал в режиме измерения временной за.цержки, поэтому длительность строб-импульса дальности равнялась 50 мкс. Таким образом, общее число импульсов ложной тревоги оценивалось числом

7V=3-103 у 50.10-6 X 360=54.

Вместе с тем, в течение проводки было зарегистрировано 265 импульсов. Следовательно, среди них было более 200 достоверных отраженных сигналов. В нервом эксперименте дальность до ИСЗ не измерялась.

В последующих проводках измерение дальности до цели осуществлялось в режиме измерения временной задержки. На рис. 5.26 представлены результаты измерения дальности, полученные при проводке ИСЗ GEOvS-II. Одновременно с работой лазерного локатора дальность до ИСЗ и его угловые координаты измерялись радиолокационной станцией. По этим данным была построена траектория движения ИСЗ, относительно которой были вычислены отклонения значений дальности, измеренные лазерным локатором. Эти отклонения как функция времени представлены на рис. 5.26.

В [70] отмечается, что путем совместной юстировки и настройки всех блоков характеристики лазерного локатора можно улучшить.

5. Лазерный локатор MOMS [88]. В Центре космических полетов им. Годдарда (США) разработан подвижный лазерный локатор MOMS * для локации ИСЗ, снабженных уголковыми оптическими отражателями.

Поскольку лазерный локатор MOMS представляет собой подвижную систему, предназначенную для работы в полевых условиях, основной проблемой при его проектировании было одновременное обеспечение узкой диаграммы направленности зондирующего лазерного излучения (20") и высокой точности сопровождения цели по угловым координатам (±10"). Исходя из этих требований был выбран телескоп кассегреновского типа с относительным отверстием : 1,5. Телескоп этого типа представляет собой короткую компактную конструкцию, что дает возможность свести к минимуму момент инерции относительно угломестной оси, а также позволяет применить компактную и подвижную азимутальную вилку. Рассмотрим оптико-механическую конструкцию лазерного локатора MOMS более подробно.

Mobile Optical Mount System.

Рис. 5.27. Общий вид лазерного локатора MOMS

Общий вид лазерного локатора, смонтированного на подвижном шасси, представлен на рис. 5.27, а и б. Лазерный локатор MOMS представляет собой двухосевое опорно-поворотное устройство с пристыкованным к нему сбоку дополнительным лазером, основной лазерный передатчик, цифровую вычислительную машину, аппаратуру контроля и управления, а также технологическое оборудование, размещенные в фургоне на двухосном автомобильном шасси. Общая длина подвижного шасси равна 13,5 м. Оно имеет пневматическую подвеску, обеспечивающую плавность хода по пересеченной местности. В закрытой части фургона расположены следующие помещения (справа налево иа рис. 5.27, а): помещение особой чистоты, где расположены основной лазерный передатчик, помещение источников питания, приборный отсек и технологическое помещение.

Вход в отсек особой чистоты возможен только через помещение источников питания, в котором размещены две приборные стойки. В приборном отсеке вдоль правого борта размещены шесть стоек с электронной аппаратурой. В технологическом помещении сосредоточены система охлаждения и термостатирования, а также кондиционер воздуха.

В задней части шасси непосредственно над колесными осями смонтировано опорно-поворотное устройство. На рис. 2.27, б оно показано в открытом виде с откинутыми стенками и отодвинутой крышей (на заднем плане). Откинутые стенки обеспечивают рабочую зону вокруг опорно-поворотного устройства. В рабочем положении опорно-поворотное устройство вывешивается на трех домкратах, что обеспечивает его стабильное положение, не зависящее от подвески шасси.

Опорно-поворотное устройство имеет альт-азимутальную монтировку и несет на себе всю оптическую схему приемного канала локатора; Ввод излучения основного лазерного передатчика осуществляется через сквозное отверстие вдоль оси азимутальной вилки. Световой диаметр этого отверстия, так же как и всех последующих зеркал оптического тракта передатчика, равен 10 см.

С целью облегчения конструкции азимутальная вилка, коробки угломестных подшипников, шарнирные кольца и корпуса домкратов выполнены из литого термически стабилизированного алюминия. Общая масса конструкции опорно-поворотного устройства равна 4,3 т.

Подшипниковая система азимутальной оси представляет собой комбинацию упорного подшипника и предварительно нагруженного радиальйогб подшипника. С каждой стороны угломестиой оси имеется по два предварительно нагруженных подшипника. На каждой из указанных осей установлен моментный двигатель с тахометром, а угол поворота вала измеряется двадцатидвухразрядным цифровым датчиком типа индуктосин. Вал угломестиой оси допускает благодаря специальному креплению подшипников юстировку перпендикулярности азимутальной оси.

Приемный телескоп кассегреновского типа имеет первичное зеркало диаметром 76 см и относительное отверстие 1 : 1,5. К телескопу пристыкована дополнительная оптическая система, выполненная в виде отпаянной трубы, в которой под давлением находится инертная газовая смесь. Входной и выходной зрачки телескопа закрыты тонкими стеклянными окнами, так что труба телескопа также герметически закрыта. Вместе с дополнительной оптической системой приемный телескоп имеет относительное отверстие 1 : 5.

Приемный канал локатора содержит ФЭУ с устройством обработки, оптический визир с изменяемым фокусным расстоянием (на рис. 5.27 виден слева от основного телескопа), а также солнечный и интерференционный фильтры.

Передающее устройство лазерного локатора MOMS содержит два лазера - лазер фирмы General Photonics с активным элементом иа основе иттрий-люминиевого граната с присадкой ионов N(1+

Рис. 5.28. Схема передающего канала лазерного локатора MOMS:

1 - основание опорно-поворотного устройства; 2 -основание лазерного передатчика; 3 -основной лазерный передатчик;

4 - механизм азимутальной юстировки;

5 - угломестная ось; 6- азимутальная ось; 7 - светоделитель; 8 - телевизионная камера

И преобразованием излучения во вторую гармонику (Х = = 0,53 мкм), и основной лазерный генератор, разработанный NASA. Лазер фирмы General Photonics установлен на опорно-поворотном устройстве, а основной лазерный передатчик - в помещении особой чистоты.

Оптическая схема передающего канала показана на рис. 5.28. Основной лазерный передатчик 3 расположен на отдельном основании 2, которое вывешивается на домкратах так же, как и основание опорно-поворотного устройства 1. Излучение передатчика вводится в оптическую схему опорно-поворотного устройства через длинную трубу, герметично закрытую с обоих горцев прозрачными окнами. Этим обеспечивается соблюдение режима чистоты в помещении передатчика в полевых условиях. Основание передатчика 2 полностью независимо от основания опорно-поворотного устройства 1. Поэтому перед началом работы осуществляют юстировку положения оптической оси лазерного передатчика 3 с помощью специальных механизмов. 4. Контроль положения оптической оси передатчика ведется телевизионной камерой 8. Сигнал с выхода камеры подвергается обработке с целью определения координат центра тяжести изображения сфокусированного лазерного пятна.

Рассмотрим кратко параметры системы управления опорно-поворотным устройством. На его азимутальной и угломестиой осях действуют моментные двигатели постоянного тока, управляемые сигналами от усилителей мощности. Вся система охвачена отрицательной обратной связью по току в обмотках двигателей. Ширина полосы пропускания замкнутой системы управления во всем тракте от управляющего воздействия до крутящего момента на валу двигателя была равна 1 кГц. Как отмечалось в [88], качество замкнутой системы управления определялось гладкостью (отсутствием флуктуации) временной зависимости угловой скорости вала. Дело в том, что одновременно с отрицательной обратной связью по току двигателя вводилась обратная связь по угловой скорости вала, сигнал которой снимался с тахометра. Флуктуации выходного сигнала тахометра и случайные изменения момента сил трения действовали через обратную связь на вход системы управления как управляющий сигнал. Если частоты этих флуктуации попадали в полосу про-

т-iO -1,0

0,00i 0,01 0,i 1,0

Средняя угловая спорость, градус

Цена младшего разряда датчиков

О 1 .2 3 Углодая скорость, градус/с

Рис. 5.29. Зависимость максимальной амплитуды флуктуации угловой скорости осей опорно-поворотного устройства от ее среднего значения

Рис. 5.30. Зависимость средней квадратичной ошибки установки опорно-поворотного устройства от угловой скорости вращения оси (азимутальная ось)

пускания системы управления, то они приводили к ошибкам при обработке истинного управляющего воздействия. На рис. 5.29 представлены результаты измерений максимальной амплитуды флуктуации угловой скорости угломестной и азимутальной осей опорно-поворотного устройства в зависимости от средней угловой скорости. Зависимость средней квадратичной ошибки установки опорно-поворотного устройства от угловой скорости азимутальной оси показана на рис. 5.30. Цена младшего разряда датчиков равна 0,3 угл. с.

Лазерный локатор MOMS был опробован в работе по ИСЗ, имеющему высоту орбиты 600 км. Если угол места цели равен Э, то суммарная ошибка сопровождения цели по угловым координатам

ф = )Лср2 4-(б cos 6)2,

где ф - ошибка сопровождения по углу места; е - ошибка сопровождения по азимуту.

На рис. 5.31 приведены результаты измерения угловой ошибки сопровождения цели по азимуту. Моменту времени = 0 соответствует точка траектории ИСЗ с максимальным углом места 9=86,3°. На этом же рисунке показана зависимость произведения ecosO от времени. В эксперименте, к которому относятся эти результаты,

при расчете упреждения не учитывалось угловое ускорение. Как отмечалось в [88], учет углового ускорения приводил к уменьшению максимальной ошибки с 12 до 2 угл. с.

Основные характеристики лазерного локатора MOMS представлены в табл. 5.2.

е,Ссо$в,ушбые секунды «г

£С08в

Рнс. 5.31. Зависимость угловой ошибки сопровождения цели по азимуту от времени

Таблица 5.2 Основные характеристики лазерного локатора MOMS

5.2. Лазерные локаторы с непрерывным режимом излучения

Исторически лазерные локаторы с непрерывным режимом излучения и некогерентным детектированием отраженного сигнала были одними из первых. Однако затем они были вытеснены импульсными лазерными локаторами и лазерными локаторами с когерентным детектированием отраженного излучения. Несмотря на это, полезно кратко рассмотреть основные характеристики лазерных локаторов этого тина.

1. Лазерный локатор фирмы Sylvania[72, 78]. Лазерный локатор американской фирмы Sylvania был создан в 1968 г. для слел\ения за ракетами-носителями типа «Сатурн-5». В качестве передающего устройства использовался гелий-неоновый лазер с длиной волны 0,63 мкм, выходной мощностью 50 МВт и коэффициентом полезного действия 10"... 10-%. Ракета-носитель оборудовалась уголковым оптическим отражателем площадью 20 см, что обеспечивало дальность локации до 10 км. От лазерного локатора не требовалась большая дальность действия, так как его задачей являлось